Предложена периодическая система спутников планет-гигантов

Наука
мобильная версия
Эмпирически установлено, что для всех планет-гигантов в Солнечной системе отношение суммарной массы их спутников к массе планеты составляет 0,01%. Группа ученых из Юго-западного исследовательского института США предложила свое объяснение этому труднообъяснимому факту.

Несмотря на стабильное отношение масс, спутниковые системы планет-гигантов отличаются не только большим количеством спутников, но и их разнообразием. Четыре галилеевых спутника Юпитера имеют примерно одинаковые размеры, причем Ио и Европа известны своей вулканической активностью. Система Сатурна содержит один большой спутник Титан, с плотной, богатой органикой атмосферой, и многочисленные, значительно меньшие по размеру спутники. В любом случае, полная масса спутников в обеих системах относится к массе соответствующей планеты в пропорции примерно 1:10000. Для планет земной группы это соотношение намного больше — масса Луны составляет примерно 1% от массы Земли (0,012). Эта пропорция еще больше для системы Плутон-Харон — масса спутника составляет 10% от массы планеты.

Как сообщает Physorg, доктор Робин Кэнап (Robin Canup) и доктор Уильям Вард (William Ward) из юго-западного исследовательского института США предложили гипотезу, претендующую на объяснение загадочной закономерности. В ее основе — предположение о том, что при формировании спутников из газо-пылевых дисков с наличием газа, в первую очередь, водорода, действует механизм, ограничивающий их рост и поддерживающий совокупную массу всех спутников в строго определенном отношении к массе самой планеты.

Авторы новой теории обратили внимание на то, что в процессе своего формирования газовые планеты аккрецировали газ (преимущественно водород) и твердые частицы из околосолнечного пространства. На заключительной стадии происходил активный приток вещества с околосолнечных на околопланетную орбиту с образованием газопылевого диска. Именно в этом диске и происходило образование спутников.

Кэнап и Вард показали, что гравитационное поле растущих спутников вызывает образование спиральных волн в газовом диске, приводящих к снижению высоты орбиты спутника вследствие гравитационного взаимодействия с этими волнами. Эффект проявляется сильнее по мере роста массы спутника.

Конечная масса спутника зависела от двух процессов: с одной стороны, его размеры постоянно увеличивались за счет притока вещества диска, с другой стороны, увеличение гравитации растущего спутника приводило к снижению высоты его орбиты. Спутник с каждым витком все ближе приближался к планете, пока, в конце концов, не происходило их слияние.

Это означает, что при формировании планетной системы спутники постоянно создавались из вещества диска, достигали определенного максимального размера и падали на планету, унося с собой часть вещества диска. Процесс образования новых спутников возобновлялся снова, пока вещество диска не истощилось. Спутники, наблюдаемые сегодня, являются последним «стабильным поколением».

Расчеты и компьютерное моделирование показали, что в ходе многократного повторения циклов роста спутников и их последующего падения на планету отношение общей массы спутников к массе планеты в конечном итоге остается одинаковым и приблизительно равным 1:10000 в широком диапазоне начальных условий.

#gallery#
Это первое моделирование процессов образования спутников у таких планет, как Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, которое позволяет определить и количество спутников, и их максимальные массы и параметры орбит.

Результаты исследования важны и для поисков обитаемых объектов во Вселенной. Из него следует, что в системах, находящихся за пределами Солнечной системы, планеты-гиганты, такие, как Юпитер, не могут иметь спутники с массой Земли, поскольку максимально допустимая масса не превышает массы Марса.